高分辨測向陣列幾何結(jié)構(gòu)研究.pdf

1、在通信、雷達(dá)、聲納、地震勘測及生物醫(yī)學(xué)工程等領(lǐng)域里，對(duì)輻射源的方向估計(jì)是一項(xiàng)重要的課題。傳感器陣列可利用輻射源信號(hào)抵達(dá)不同陣元的波程差進(jìn)行測向，因而成為當(dāng)今測向的主要工具。 來自不同方向的信號(hào)呈現(xiàn)出不同的空間頻率，測向可以通過對(duì)這些信號(hào)空間頻率的估計(jì)來實(shí)現(xiàn)。陣列各陣元是安置在空間的采樣點(diǎn)，可以通過這些采樣點(diǎn)上獲得的信號(hào)樣本來估計(jì)信號(hào)的空間頻率，進(jìn)而獲知信號(hào)的波達(dá)方向，可見這些采樣點(diǎn)的布局方式，也就是陣列的(幾何)結(jié)構(gòu)，對(duì)系統(tǒng)的測

2、向性能有著重要影響。因此對(duì)陣列結(jié)構(gòu)的研究非常必要。 陣列結(jié)構(gòu)對(duì)系統(tǒng)的影響還與系統(tǒng)所采用的測向算法有關(guān)。目前最流行的一類算法是基于子空間分解的算法，該方法具有分辨力高、計(jì)算復(fù)雜度小等優(yōu)點(diǎn)。但是由于它的高度非線性，采用該算法的系統(tǒng)性能與陣列結(jié)構(gòu)的關(guān)系較為復(fù)雜。作為陣列結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)優(yōu)化準(zhǔn)則，需要對(duì)這種關(guān)系進(jìn)行研究，進(jìn)而得到適用的設(shè)計(jì)方法。 困擾子空間類算法的一個(gè)重要問題是模糊問題。流形模糊發(fā)生的原因是陣列流形上出現(xiàn)了線性相關(guān)的導(dǎo)

3、向矢量。因?yàn)殛嚵辛餍问顷嚵薪Y(jié)構(gòu)的函數(shù)，所以陣列結(jié)構(gòu)對(duì)模糊有著直接的影響。對(duì)模糊問題的研究可分兩方面： 1、分析陣列結(jié)構(gòu)與模糊的關(guān)系。研究某種結(jié)構(gòu)的陣列中是否存在模糊、模糊都發(fā)生在哪些角度上。 2、當(dāng)模糊發(fā)生后，研究這些模糊是否可解，如果可解，找到解決模糊問題的方法。 針對(duì)上述陣列結(jié)構(gòu)問題，本文給出如下一些新的研究結(jié)果： 1、提出一種基于陣列流形長度的指標(biāo)來比較不同結(jié)構(gòu)線陣的測向精度。 傳統(tǒng)上評(píng)價(jià)一

4、個(gè)陣列的測向性能一般是考察其孔徑的大小，但是除了陣列的孔徑之外，陣元的數(shù)量、各陣元的分布位置等都是影響陣列測向性能的重要因素。作者所提出的指標(biāo)可將這些因素通盤考慮以評(píng)價(jià)陣列的測向精度。 2、推出了立體陣對(duì)波達(dá)方向估計(jì)的CRLB。 平面陣可用來測入射波的方位角和仰角，但是在低仰角區(qū)域，它對(duì)仰角的估計(jì)變差。立體陣可克服這一缺點(diǎn)。我們推出了立體陣測向的CRLB與其陣列結(jié)構(gòu)的直接關(guān)系，證實(shí)了立體陣在這方面的優(yōu)點(diǎn)。 3、本

5、文給出了線陣、面陣的陣列結(jié)構(gòu)誤差與其所造成的子空間算法的測向誤差之間的關(guān)系。討論了若干陣列對(duì)結(jié)構(gòu)誤差的敏感性。 由于實(shí)際陣列都不可避免地存在結(jié)構(gòu)誤差，這種誤差會(huì)降低子空間算法的測向性能。本文通過對(duì)陣列流形的研究，給出了結(jié)構(gòu)誤差與測向誤差之間的解析關(guān)系。 4、提出一種基于二維角度測向性能的面陣設(shè)計(jì)技術(shù)。 現(xiàn)有的面陣設(shè)計(jì)方法只考慮到仰角的性能，而面陣可完成二維角度測向，所以，在面陣設(shè)計(jì)時(shí)最好能考慮到二維角度上的測向性

6、能。作者在把波達(dá)方向的方位角、仰角坐標(biāo)系轉(zhuǎn)化為錐角坐標(biāo)后，提出了這種能兼顧二維方向性能的面陣設(shè)計(jì)技術(shù)。 5、給出了任意線陣、面陣在仰角方向上無秩二模糊的條件。 由于陣列流形的高度非線性，至今對(duì)陣列結(jié)構(gòu)與流形模糊的研究仍不完善。鑒于低階模糊對(duì)測向系統(tǒng)的影響更大，本文就任意線陣、面陣在仰角方向上的秩二模糊進(jìn)行了研究，給出了無秩二模糊的條件。 6、提出了一種采用最陡下降優(yōu)化技術(shù)的解模糊方法。 采用稀疏陣列可以提